{"id":8977,"date":"2019-02-28T10:39:55","date_gmt":"2019-02-28T10:39:55","guid":{"rendered":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/?p=8977"},"modified":"2019-02-28T10:39:55","modified_gmt":"2019-02-28T10:39:55","slug":"ciencia-de-los-datos-detectives-del-codigo-genetico","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/?p=8977","title":{"rendered":"Ciencia de los datos: detectives del c\u00f3digo gen\u00e9tico"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>Investigadores del INTA aplican herramientas de bioinform\u00e1tica para analizar grandes vol\u00famenes de datos. Descifrar el ADN de un organismo vivo permite entender c\u00f3mo funciona y cu\u00e1les son los mecanismos que se activan frente a una enfermedad.<\/p>\n

Conformado por dos hebras de ADN enrolladas en forma de h\u00e9lice, que dan origen a cada uno de los 23 pares de cromosomas (cada cromosoma tiene entre 50.000.000 y 300.000.000 de pares de bases), el tama\u00f1o del genoma humano es de 32.000 millones de bases. Por el gran caudal de datos que implica su an\u00e1lisis, haber descifrado esa secuencia fue uno de los mayores logros biom\u00e9dicos de los \u00faltimos a\u00f1os. Conocer el orden exacto de los pares de bases en un segmento de ADN permitir\u00e1, en el futuro, descifrar mecanismos que luego podr\u00e1n ayudar a paliar o evitar enfermedades.<\/p>\n

En 2003, la secuenciaci\u00f3n del genoma humano revolucion\u00f3 la manera de abordar el estudio del ADN. Su ordenamiento fue posible gracias a los avances en m\u00e9todos usados para analizar \u00e1cidos nucleicos y al desarrollo de tecnolog\u00edas cada vez m\u00e1s sofisticadas de secuenciaci\u00f3n. Adem\u00e1s, la bioinform\u00e1tica facilit\u00f3 el an\u00e1lisis masivo de datos y su integraci\u00f3n con conocimientos previos aportados por a\u00f1os de estudios de gen\u00e9tica humana.<\/p>\n

A pesar de los m\u00faltiples progresos en biolog\u00eda e inform\u00e1tica, secuenciar todo el ADN de un organismo sigue siendo una tarea compleja. Sin embargo, gracias a nuevos m\u00e9todos, ahora ordenar un genoma es mucho m\u00e1s r\u00e1pido y menos costoso de lo que result\u00f3 en el Proyecto Genoma Humano.<\/p>\n

Con el transcurrir de los a\u00f1os, los logros de la gen\u00e9tica molecular y poblacional, sumado a la biolog\u00eda celular fueron acompa\u00f1ados de los avances computacionales necesarios para el procesamiento de la informaci\u00f3n gen\u00e9tica, desde algoritmos o modelos computacionales capaces de responder preguntas relacionadas con la variaci\u00f3n en las secuencias de los genes, hasta el desarrollo de equipos con la capacidad para almacenar la informaci\u00f3n y consultarla eficientemente.<\/p>\n

Con el transcurrir de los a\u00f1os, los logros de la gen\u00e9tica molecular y poblacional, sumado a la biolog\u00eda celular fueron acompa\u00f1ados de avances computacionales.<\/p>\n

En la actualidad, resulta sencillo imaginarnos el trabajo en un laboratorio vinculado con las computadoras, pero esto no siempre fue as\u00ed. De hecho, antes de 1990 no se conoc\u00eda la secuencia del genoma de ning\u00fan organismo. Reci\u00e9n en 1995 se publicaron los c\u00f3digos gen\u00e9ticos de las bacterias Haemophilus influenzae y Mycoplasma genitalium.<\/p>\n

A 20 kil\u00f3metros de la Ciudad Aut\u00f3noma de Buenos Aires, en la localidad de Hurlingham, funciona el Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias \u2013CNIA\u2013 del INTA. Pocos saben a qu\u00e9 se dedican las m\u00e1s de 1.300 personas que trabajan en cuatro centros de investigaci\u00f3n \u2013divididos en 16 institutos\u2013. Sin embargo, all\u00ed se concentra gran parte del trabajo cient\u00edfico que realiza el organismo.<\/p>\n

En el marco del Centro de Investigaci\u00f3n en Ciencias Veterinarias y Agron\u00f3micas \u2013CICVyA\u2013, funciona la Unidad de Bioinform\u00e1tica. En ese lugar, t\u00e9cnicos especializados e investigadores trabajan en red con pares de distintas unidades del INTA para desentra\u00f1ar la informaci\u00f3n gen\u00e9tica de especies forestales, frutales, cereales y oleaginosas, plagas, malezas y pat\u00f3genos. Son detectives que buscan entender la arquitectura gen\u00e9tica de organismos de inter\u00e9s agr\u00edcola.<\/p>\n

Bi\u00f3logos, matem\u00e1ticos, t\u00e9cnicos de laboratorio y bioinform\u00e1ticos articulan sus tareas diarias en busca de respuestas a estudios exhaustivos sobre un problema biol\u00f3gico determinado. En todos los casos, generan una gran cantidad de datos que demandan soluciones bioinform\u00e1ticas, tanto para su ordenamiento como para su an\u00e1lisis.<\/p>\n

M\u00e1ximo Rivarola es bi\u00f3logo molecular y trabaja en investigaciones vinculadas con el procesamiento masivo de datos de gen\u00f3mica en el \u00e1mbito de la agrobiotecnolog\u00eda. Como referente en bioinform\u00e1tica del INTA, integr\u00f3 consorcios internacionales para la secuenciaci\u00f3n del genoma del trigo, girasol y bacterias de inter\u00e9s agr\u00edcola.<\/p>\n

\u201cLa bioinform\u00e1tica es una disciplina que ha evolucionado r\u00e1pidamente\u201d, se\u00f1al\u00f3 Rivarola y agreg\u00f3: \u201cResponde al avance y a las necesidades de procesamiento, almacenamiento y an\u00e1lisis de datos biol\u00f3gicos derivados de \u00e1reas como gen\u00f3mica, prote\u00f3mica, transcript\u00f3mica y metabol\u00f3mica para generar nueva informaci\u00f3n y conocimientos\u201d.<\/p>\n

\u201cSi bien existe desde los a\u00f1os 70, reci\u00e9n en el inicio de los 90 se dise\u00f1aron e implementaron nuevos algoritmos para el an\u00e1lisis comparativo de secuencias de prote\u00ednas y de genes o para la b\u00fasqueda de patrones o repeticiones\u201d, grafic\u00f3 Rivarola quien plante\u00f3 que, en el mundo de la bioinform\u00e1tica, este primer gran avance es conocido como el alineamiento de cadenas y de secuencias.<\/p>\n

El acceso a las tecnolog\u00edas de secuenciaci\u00f3n de generaci\u00f3n avanzada (NGS, por sus siglas en ingl\u00e9s), desde 2007 en adelante, no solo permiti\u00f3 obtener de manera r\u00e1pida y con gran profundidad el detalle de la secuencia nucleot\u00eddica completa de un organismo y comprender su organizaci\u00f3n, sino que modific\u00f3 la manera de abordar la gen\u00f3mica.<\/p>\n

\u201cGracias a estos avances es posible tener una visi\u00f3n completa de un genoma determinado\u201d, indic\u00f3 Rivarola quien a\u00f1adi\u00f3: \u201cEsto influy\u00f3 de manera dr\u00e1stica en programas de mejoramiento gen\u00e9tico, aport\u00f3 mayor competitividad a laboratorios de mediana complejidad y posibilit\u00f3 el descenso de los costos en la secuenciaci\u00f3n de genomas o transcriptomas\u201d.<\/p>\n

Antes de 2003, fecha en la que se public\u00f3 el genoma humano ensamblado, era impensado resolver preguntas vinculadas a c\u00f3mo enlazar genomas tan grandes. B\u00e1sicamente, porque era imposible generar los datos y luego procesarlos. \u201cMuchas operaciones inform\u00e1ticas biol\u00f3gicas requieren una gran carga computacional e infraestructura para el almacenamiento de datos debido a la suma y la combinaci\u00f3n de informaci\u00f3n\u201d, manifest\u00f3 Rivarola.<\/p>\n

\u201cEn los \u00faltimos 15 a\u00f1os, la bioinform\u00e1tica es un campo de investigaci\u00f3n que explot\u00f3 y, sin dudas, es la herramienta para las investigaciones del futuro\u201d, asegur\u00f3 Rivarola.<\/p>\n

Rivarola: \u201cMuchas operaciones inform\u00e1ticas biol\u00f3gicas requieren una gran carga computacional e infraestructura para el almacenamiento de datos debido a la suma y la combinaci\u00f3n de informaci\u00f3n\u201d.<\/p>\n

Tsunamis de datos<\/p>\n

La noticia sobre la secuenciaci\u00f3n y ensamblado del genoma del trigo caus\u00f3 una revoluci\u00f3n en la comunidad cient\u00edfica y en los medios internacionales. La envergadura y duraci\u00f3n del proyecto dej\u00f3 claro que no se trat\u00f3 de una tarea simple: participaron m\u00e1s de 200 cient\u00edficos de 73 instituciones, procedentes de 20 pa\u00edses y llev\u00f3 m\u00e1s de 13 a\u00f1os.<\/p>\n

Dirigidos por el Consorcio de Secuenciaci\u00f3n del Genoma del Trigo (IWGSC, por sus siglas en ingl\u00e9s), investigadores de todo el mundo presentaron el estudio gen\u00e9tico del cereal m\u00e1s detallado hecho hasta el momento. Es como un manual detallado con las instrucciones gen\u00e9ticas que contiene la secuencia del 94 % de los 21 cromosomas. Adem\u00e1s, incluye la localizaci\u00f3n de casi 108.000 de sus genes y la presencia de millones de marcadores y elementos que regulan y controlan los procesos biol\u00f3gicos, que son el resultado del fenotipo.<\/p>\n

De la mano del INTA, la Universidad Nacional del Sur (UNS), el Conicet y los servicios gen\u00f3micos de Indear (empresa p\u00fablico-privada entre Bioceres y Conicet de servicios gen\u00f3micos), la Argentina fue el \u00fanico pa\u00eds latinoamericano que particip\u00f3 del IWGSC.<\/p>\n

All\u00ed, la Unidad de Bioinform\u00e1tica del INTA junto con Marcelo Helguera, especialista en gen\u00e9tica y gen\u00f3mica aplicada al mejoramiento de trigo en el INTA Marco Ju\u00e1rez \u2013C\u00f3rdoba\u2013, Viviana Echenique, directora del Centro de Recursos Naturales Renovables de la Zona Semi\u00e1rida (Cerzos) del Conicet en Bah\u00eda Blanca \u2013Buenos Aires\u2013 y Gabriela Tranquilli, del Instituto de Recursos Biol\u00f3gicos del INTA, participaron en la secuenciaci\u00f3n del cromosoma 4D.<\/p>\n

\u201cSe trat\u00f3 de un proyecto ambicioso, dado que el genoma del trigo es conocido como uno de los \u2018gigantes\u2019 de las plantas\u201d, indic\u00f3 Helguera y confirm\u00f3: \u201cTiene casi 16 mil millones de pares de bases, esto es el equivalente a cinco veces el genoma humano, 30 veces el de arroz y siete veces el de ma\u00edz. Por esto, lograr la secuenciaci\u00f3n completa de su genoma represent\u00f3 un gran desaf\u00edo para la ciencia\u201d.<\/p>\n

La secuenciaci\u00f3n del genoma completo de trigo permiti\u00f3 definir un cat\u00e1logo de casi 110.000 genes, organizados linealmente por cromosoma. \u201cEsto nos permite referenciar de forma much\u00edsimo m\u00e1s precisa cualquier estudio gen\u00e9tico de trigo aceler\u00e1ndose el descubrimiento de genes de inter\u00e9s agron\u00f3mico y el posterior uso de esta informaci\u00f3n en los programas de mejoramiento\u201d, analiz\u00f3 Helguera.<\/p>\n

El trabajo no fue sencillo y el camino recorrido fue largo. Iniciado en 2005, el proyecto del Consorcio Internacional \u2013integrado originalmente por un peque\u00f1o grupo de cient\u00edficos\u2013 tuvo dos etapas: en la primera, buscaron obtener la secuencia b\u00e1sica y preliminar de cada cromosoma; en la segunda, obtener una secuencia y ensamblado de alta calidad. \u201cLuego de obtener la secuencia, se realiza un proceso denominado ensamblado, que implica utilizar algoritmos matem\u00e1ticos para encontrar el orden m\u00e1s preciso de los genes en cada uno de los cromosomas\u201d, explic\u00f3 Tranquilli.<\/p>\n

A rigor de verdad, el conocimiento de la secuencia del trigo acelerar\u00e1 la obtenci\u00f3n de variedades m\u00e1s resistentes y productivas. \u201cLo que sigue es empezar a asignar funciones a estos genes, entender c\u00f3mo se relacionan las redes que forman y, despu\u00e9s, dise\u00f1ar estrategias en el marco de programas de mejoramiento gen\u00e9tico\u201d, consider\u00f3 Tranquilli y grafic\u00f3: \u201cLo que nos llevaba a\u00f1os descubrir, ahora lo podremos hacer en un corto plazo. Esperamos que el conocimiento y su implementaci\u00f3n avancen de forma agigantada\u201d.<\/p>\n

Detectives del c\u00f3digo gen\u00e9tico<\/p>\n

El equipo argentino tuvo una activa participaci\u00f3n durante la primera etapa de este proceso y, gracias a un trabajo de articulaci\u00f3n p\u00fablico-privada, los investigadores argentinos se concentraron en la secuenciaci\u00f3n y ensamblado del cromosoma 4D.<\/p>\n

Para esto, se aplicaron filtros sobre las secuencias crudas obtenidas de la secuenciaci\u00f3n del cromosoma 4D para la eliminaci\u00f3n de lecturas de baja calidad, programas de ensamblado de las lecturas de alta calidad, procedimientos realizados en el Instituto de Biotecnolog\u00eda del INTA, programas de anotaci\u00f3n de genes provenientes del ensamblado previo, en articulaci\u00f3n del Instituto de Biotecnolog\u00eda del INTA con el INRA \u2013Francia- y programas de establecimiento de orden virtual de genes, utilizando GenomeZipper desarrollado en el Munich Information Center for Protein Sequences (MIPS, por sus siglas en ingl\u00e9s) de Alemania.<\/p>\n

De acuerdo con Echenique, el grupo de bioinform\u00e1ticos del Cerzos colabor\u00f3 en la anotaci\u00f3n de genes y en la b\u00fasqueda y clasificaci\u00f3n de los elementos repetitivos que abundan en este genoma. \u201cEstos elementos son mencionados en libros viejos de gen\u00e9tica como \u2018ADN basura\u2019, dado que no se conoc\u00edan sus funciones ni su clasificaci\u00f3n\u201d, se\u00f1al\u00f3.<\/p>\n

\u201cSin embargo, estudios de gen\u00f3mica demostraron que esos elementos repetitivos tienen unas proporciones y ubicaciones caracter\u00edsticas en los distintos genomas, permitiendo inferir que cumplen roles importantes\u201d, expres\u00f3 Echenique quien destac\u00f3: \u201cEl equipo de investigadores del Cerzos-Conicet tuvo un rol estrat\u00e9gico en el an\u00e1lisis de estos elementos\u201d.<\/p>\n

\u201cNuestra participaci\u00f3n en este proyecto no solo nos permiti\u00f3 la formaci\u00f3n de investigadores en bioinform\u00e1tica, sino que es un avance magn\u00edfico desde el punto de vista de soberan\u00eda tecnol\u00f3gica\u201d, valor\u00f3 Helguera quien a\u00f1adi\u00f3: \u201cCon esta informaci\u00f3n, podremos acelerar el desarrollo de mapas gen\u00e9ticos de alta definici\u00f3n, el descubrimiento de genes y variantes al\u00e9licas superiores\u201d.<\/p>\n

En la actualidad, programas de mejoramiento gen\u00e9tico \u2013mediante el uso de marcadores moleculares\u2013 est\u00e1n trabajando en la hibridaci\u00f3n y generaci\u00f3n de nuevos cultivares.<\/p>\n

\u201cEl nuevo laboratorio de servicio de genotipado de alto caudal \u2013recientemente inaugurado en el Cerzos\u2013 acelerar\u00e1 la selecci\u00f3n asistida en los programas de mejoramiento p\u00fablicos y privados de la Argentina\u201d, ponder\u00f3 Echenique.<\/p>\n

En este sentido, el nuevo laboratorio cuenta con una plataforma \u00fanica en el sector p\u00fablico que permite trasladar a los cultivos los logros de la gen\u00f3mica.<\/p>\n

El desaf\u00edo de armar un rompecabezas gen\u00e9tico<\/p>\n

Secuenciar el genoma del girasol represent\u00f3 un gran reto para la ciencia. Sin embrago, el inter\u00e9s por descifrarlo impuls\u00f3 a investigadores de todo el mundo a trabajar de manera articulada para trazar el mapa f\u00edsico de la planta.<\/p>\n

\u201cEs un poco m\u00e1s grande que el genoma humano, est\u00e1 organizado en 17 cromosomas y contiene m\u00e1s de dos tercios de secuencias repetitivas, caracter\u00edstica que dificulta su reconstrucci\u00f3n\u201d, explic\u00f3 Norma Paniego, especialista en secuenciaci\u00f3n y genotipificaci\u00f3n del INTA, y agreg\u00f3: \u201cEs como armar un rompecabezas con colores similares, lo que dificulta definir la posici\u00f3n de cada pieza\u201d.<\/p>\n

Con el genoma ensamblado, el siguiente paso ser\u00e1 identificar la localizaci\u00f3n precisa de las regiones del ADN y los genes que definen la capacidad de adaptaci\u00f3n al ambiente \u2013resistencia a sequ\u00eda, fr\u00edo o suelos salinos\u2013, la resistencia a enfermedades y los rasgos de calidad industrial \u2013aceite o lignina para uso en la producci\u00f3n de energ\u00eda\u2013.<\/p>\n

Est\u00e1 claro que los avances en las tecnolog\u00edas de secuenciaci\u00f3n permitieron mejorar el conocimiento en gen\u00f3mica y entender c\u00f3mo es y se estructura el ADN. Con el foco puesto en buscar una alternativa que permita superar la complejidad que representan las regiones repetitivas, en 2015 aparecen las tecnolog\u00edas de secuenciaci\u00f3n de tercera generaci\u00f3n.<\/p>\n

\u201cEste progreso en el campo de la gen\u00f3mica, acompa\u00f1ado por la bioinform\u00e1tica, nos permiti\u00f3 analizar estructuras gen\u00f3micas complejas, como la del girasol y la del trigo\u201d, indic\u00f3 Paniego quien manifest\u00f3 que \u201cde esta manera se pudo conseguir un ensamblado bastante preciso del genoma de una l\u00ednea homocigota francesa de girasol, que es la que ahora se usa como referencia en el mundo\u201d.<\/p>\n

En general, para la reconstrucci\u00f3n de genomas complejos, se utilizan programas que intentan ensamblar el genoma. As\u00ed, mediante la superposici\u00f3n de las distintas lecturas de ADN generadas, que est\u00e1n disponibles en exceso y desfasadas unas de otras, se consigue reconstruir los cromosomas. Luego, para que el genoma reconstruido se convierta en una referencia se reconocen las estructuras funcionales contenidas en el c\u00f3digo, como genes probables, regiones reguladoras y repetitivas, entre otras.<\/p>\n

\u201cCada uno de esos pasos requiere del uso de programas bioinform\u00e1ticos espec\u00edficos y algoritmos que favorecen la comparaci\u00f3n e integraci\u00f3n de datos\u201d, expres\u00f3 Paniego y a\u00f1adi\u00f3: \u201cFinalmente, el genoma ensamblado se comparte, desde un portal propio del proyecto del genoma de girasol y tambi\u00e9n desde repositorios internacionales como el del Instituto Europeo de Bioinform\u00e1tica\u201d.<\/p>\n

\u201cIdentificar cu\u00e1les son los genes o las redes gen\u00e9ticas involucradas en el comportamiento de la planta y cu\u00e1les son responsables de un determinado rasgo es fundamental para el desarrollo de estrategias de edici\u00f3n g\u00e9nica\u201d, explic\u00f3 Paniego quien destac\u00f3 el potencial de esa informaci\u00f3n para acelerar el proceso de mejora sobre los materiales locales adaptados a las distintas regiones de cultivo.<\/p>\n

\u201cLa Argentina fue pionera en el mejoramiento de girasol, que se inici\u00f3 antes de la creaci\u00f3n del INTA\u201d, asegur\u00f3 Paniego para quien el conocimiento de su genoma ser\u00e1 de gran ayuda para plantear los procesos de edici\u00f3n de los genes que se quieran modificar.<\/p>\n

\u201cUna vez identificados los genes o regiones asociadas a un car\u00e1cter, disponer del genoma aporta la cartograf\u00eda exacta de d\u00f3nde est\u00e1 lo que queremos editar y cu\u00e1l es su contexto, lo cual es fundamental para el \u00e9xito de la estrategia\u201d, analiz\u00f3 Paniego.<\/p>\n

Con la identificaci\u00f3n de los genes que le permiten a la planta resistir frente al ataque de un pat\u00f3geno, a la falta de agua o la senescencia, se podr\u00e1 avanzar en el desarrollo de nuevas variedades con mayor calidad y con mejor adaptabilidad.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Investigadores del INTA aplican herramientas de bioinform\u00e1tica para analizar grandes vol\u00famenes de datos. Descifrar el ADN de un organismo vivo permite entender c\u00f3mo funciona y cu\u00e1les son los mecanismos que se activan frente a una enfermedad. Conformado por dos hebras…
Leer m\u00e1s<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[11,21],"tags":[],"class_list":["post-8977","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-agricultura","category-tecnologia"],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/8977","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=8977"}],"version-history":[{"count":1,"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/8977\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":8981,"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/8977\/revisions\/8981"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=8977"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=8977"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/elmediodelcampo.com.ar\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=8977"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}